题目内容

(1)减少污染、保护环境是全世界最热门的课题.
CO在催化剂作用下可以与H2反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g).
在密闭容器中充有10molCO与20molH2,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示.
①判断反应达到平衡状态的依据是
 
(填序号).
a. 生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
b. 混合气体的密度不变
c. 混合气体的相对平均分子质量不变
d. CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
②要提高CO的转化率,可以采取的措施是
 
(填序号).
a.升温               b.加入催化剂             c.增加CO的浓度
d.加入H2加压        e.加入惰性气体加压         f.分离出甲醇
③M、N两点平衡状态下,容器中总物质的物质的量之比为:n(M)总:n(N)总=
 
,容器体积之比为:V(M):V(N)=
 
,
④若M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为
 
.
(2)催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染.
①催化硝化法中,用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强.则该反应离子方程式为
 
.
②电化学降解NO3-的原理如图2所示,电源正极为
 
(填“a”或“b”);若总反应为4NO3-+4H+
 通电 
.
 
5O2↑+2N2↑+2H2O,则阴极反应式为
 
..
考点:化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,电解原理
专题:基本概念与基本理论
分析:(1)压强不变时,升高温度,CO转化率降低,说明正反应是放热反应;温度不变时,增大压强,平衡向正反应方向移动,则CO转化率增大,根据图象知P2>P1;
①当可逆反应达到平衡状态时,同一物质正逆反应速率相等,且各物质的物质的量、浓度、体积分数等都不再改变;
②改变条件后能使该反应向正反应方向移动的就能增大CO转化率,但增大CO浓度除外;
③M点时,CO转化率为50%,则参加反应的n(CO)=10mol×50%=5mol,还剩余5molCO,根据方程式知,还剩余n(H2)=20mol-5mol×2=10mol,生成n(CH3OH)=5mol;N点时,CO转化率为80%,参加反应的n(CO)=10mol×80%=8mol,还剩余2molCO,根据方程式知,还剩余n(H2)=20mol-8mol×2=4mol,生成n(CH3OH)=8mol,据此计算其物质的量之比;
相同温度下,化学平衡常数相等,据此计算两个容器体积之比;
④化学平衡常数只与温度有关,相同温度时其平衡常数相等,升高温度平衡向逆反应方向移动,其平衡常数减小;
(2)①用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强,说明该反应中生成氢氧根离子;
②根据图象知,硝酸根离子得电子发生还原反应,则b为负极、a为正极,根据电池反应式知,阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水.
解答: 解:(1)压强不变时,升高温度,CO转化率降低,说明正反应是放热反应;温度不变时,增大压强,平衡向正反应方向移动,则CO转化率增大,根据图象知P2>P1;
①a. 无论该反应是否达到平衡状态,生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等,所以不能据此判断平衡状态,故错误;
b.物质质量不变、容器体积不变,所以混合气体密度始终不变,所以不能据此判断是否达到平衡状态,故错误;
c.反应前后气体的物质的量改变,所以其平均摩尔质量改变,但反应达到平衡状态时,混合气体的相对平均分子质量不变,所以能据此判断是否达到平衡状态,故正确;
d. CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化时该反应达到平衡状态,故正确;
故选cd;
②a.升温平衡向逆反应方向移动,则降低CO转化率,故错误;               
b.加入催化剂不影响平衡移动,则CO转化率不变,故错误;             
c.增加CO的浓度平衡向正反应方向移动,但CO转化率降低,故错误;
d.加入H2加压,平衡向正反应方向移动,CO转化率增大,故正确;        
e.加入惰性气体加压,CO、氢气和甲醇浓度不变,平衡不移动,故错误;         
f.分离出甲醇,平衡向正反应方向移动,CO转化率增大,故正确;
故选df;
③M点时,CO转化率为50%,则参加反应的n(CO)=10mol×50%=5mol,还剩余5molCO,根据方程式知,还剩余n(H2)=20mol-5mol×2=10mol,生成n(CH3OH)=5mol;N点时,CO转化率为80%,参加反应的n(CO)=10mol×80%=8mol,还剩余2molCO,根据方程式知,还剩余n(H2)=20mol-8mol×2=4mol,生成n(CH3OH)=8mol,所以容器中总物质的物质的量之比为:n(M)总:n(N)总=(5+10+5)mol:(2+4+8)mol=10:7;
相同温度下,化学平衡常数相等,设M点容器体积为aL、N点容器体积为bL,
M点时C(CO)=
5
a
mol/L
、C(H2)=
10
a
mol/L、n(CH3OH)=
5
a
mol/L
,
N点时C(CO)=
2
b
mol/L、C(H2)=
4
b
mol/L、n(CH3OH)=
8
b
mol/L,
根据化学平衡常数相等得
5
a
(
5
a
).(
10
a
)2
=
8
b
(
2
b
).(
4
b
)2
,a:b=5:1
故答案为:10:7;5:1;
④化学平衡常数只与温度有关,相同温度时其平衡常数相等,升高温度平衡向逆反应方向移动,其平衡常数减小,根据图象知,温度:M=N<Q,则若M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN>KQ,故答案为:KM=KN>KQ;
(2)①用H2将NO3-还原为N2,一段时间后,溶液的碱性明显增强,说明该反应中生成氢氧根离子,同时还生成水,所以反应方程式为2NO3-+5H2
 催化剂 
.
 
N2+2OH-+4H2O,故答案为:2NO3-+5H2
 催化剂 
.
 
N2+2OH-+4H2O;
②根据图象知,硝酸根离子得电子发生还原反应,则b为负极、a为正极,根据电池反应式知,阴极上硝酸根离子得电子生成氮气和水,电极反应式为2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O,故答案为:a;2NO3-+12H++10e-=N2+6H2O.
点评:本题考查化学平衡及电解原理,知道化学平衡状态判断方法、温度与化学平衡常数的关系、外界条件对化学平衡的影响、电解原理等知识点分析解答即可,注意(1)③中根据化学平衡常数计算容器体积之比,注意:只有反应前后改变的物理量才能作为化学平衡状态的判断依据,题目难度中等.
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